镁合金研究现状和发展论文

近十年来，中国镁的产量大幅度增长，据统计，2011年中国镁产量占全球总产量的80%以上，镁的生产工艺逐步成熟、完善，镁的应用开发也取得不小进展，在一些应用领域甚至还出现了与铝竞争的现象。这种情况下，以镁替代铝的话题也不时付出水面，有段时间甚至甚嚣尘上，一度引起社会的广泛关注。那么镁在未来能否替代铝，镁业分会会长徐晋湘在一次采访中纠正“替代”概念，他表示，镁和铝不存在替代的问题，它俩各自的应用角色与其它材料一样，都是在历史发展过程中逐渐形成的，这些角色可能在某些领域的某段时间出现相互转换，但不是“代替”而是“接替”。从理论上讲，任何材料都有其独有的、别的材料无法替代的性能，人类使用数千年的陶土和木材至今仍不能被别的材料所完全替代，更何况性能极其优越的铝及铝合金材料。角色的定位应是在“正视现实”、着眼发展”的辩证基础上用“两点论”而不能用“一点论”来定义。徐会长并谈到，从消费量来看，目前全球铝年产消费量超过5000万吨，在人类生活的各个领域都得到了广泛的应用，而全球镁的产量才有区区的80万吨，因此用镁代替铝是不现实的，也不是镁业发展追求的方向，但从市场的角度，镁和铝在某些领域内即便出现一定竞争也是正常的，因镁及镁合金材料各自有其独特的性能优势。

一、镁合金新材料特点

(一)镁合金是最轻的结构材料之一

镁合金有着其它金属不可比拟的优越性。镁及镁合金的特殊性能，重量轻、产品集成化高，其导热性能和强度尤为突出，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的而且轻等使其在移动通信、手提计算机等的壳体结构件上以及在汽车、电子、电器等领域都具有重要的应用价值和广阔的应用前景。镁合金相对比强度最高。镁合金冲击韧性好、抗弯强度大、机械性能的各向异性不明显、塑性好、容易变形加工、容易焊接成形、比热容量大、导热性低。事实上，轻量化的好处，并不仅仅是提升马力重量比这个与加速能力息息相关的参数，更对汽车的操控大有影响。实践证明，镁合金是实现汽车轻量化不仅是节油节能、提高效率、降低污染的有效途径，也对提高汽车安全性能、加强环境保护等有着重要的意义。

(二)镁是工程应用中最轻的金属结构材料

镁合金是活泼金属，所以制造设备和环境有更高的要求，导致制造成本高涨，所以镁合金的价格也会高于铝合金。同等体积的条件下镁合金比铝合金质量轻，这是镁合金的优势。其密度仅为1.8克/厘米 3，是钢的1/4，铝的2/3。在汽车结构材料应用中，有时比铝和塑料更有应用价值。镁合金板材及板坯具有密度小、比强度高、电磁屏蔽性好、易于加工、减震性能好的优点。镁合金具有较高的抗振能力和吸热性能，因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金AZ31B在汽油、煤油和润滑油中很稳定，适于制造发动机齿轮机匣、油泵和油管。还具有良好的电磁屏蔽特性和阻尼减震能力、成 形性能优良及回用处理方便等一系列性能，符合对材料的轻量化和绿色化的要求。另外，镁合金在电子工业中具有十分广阔的应用前景。镁合金将能够满足汽车非结构件和结构件的性能和使用要求，具有耐高温、抗蠕变和抗腐蚀性能。

(三)镁合金相对比强度最高

随着能源、资源问题的日渐突出，以镁、钛金属及其合金为代表的轻合金材料应用越来越广泛，镁合金的强度高、机械性能好.是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。另外，还具有良好的吸震性及耐冲击性。镁合金产品吸震性及耐冲击性强，对外界的碰撞具有很好的防震作用，因而就能对内部机体有很好的保护作用。具有吸声性能，广播室和现代大建筑物目前多采用镁合金做室内天花板。铝在碰击情况下不产生火花，可应用于防止火花产生的场合。镁合金具有良好的散热性。镁合金的热传导性与热扩散性都比较好，而铝合金热传快但扩散慢，它不能有效及时地把热散掉。“十二五”期间，新型轻合金材料主要以大规格、轻质、高强、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳为发展方向，大力发展高性能镁合金是必然趋势。

二、镁合金新材料加工工艺分析

(一)强烈塑性变形技术

镁合金在塑性变形时由于强烈的变形织构存在，变形后容易产生各向异性，影响进一步的加工。通过工艺控制与优化，调控材料的织构类型和数量，是提高或改善镁合金加工性能的重要途径，所以成为材料科学工作者不断探索与研究的领域之一。强烈塑性变形技术是制备超细晶金属材料的有效方法。一系列通过强烈塑性变形来制备超细晶材料的工艺技术被提出，包括等通道角挤压、累积轧合法、高压扭转法、震波冲击法、反复折皱-压直法、扭转挤压法、大挤压比挤压法、多向锻造法等等。由于镁合金是六方结构，塑性变形能力较差，传统的单一的塑性变形方法难以进一步提高其力学性能。针对这一难点，采用大塑性变形技术，发挥其强烈的晶粒细化效果，可以直接将材料的内部组织细化到亚微米乃至纳米级。大塑性变形技术包括等通道转角挤压、累积叠轧等。采用大塑性变形制备的 Mg-Y-Zn 合金在 250℃时获得抗拉强度为400 MPa，屈服强度为340 MPa，伸长率达20% 的综合力学性能。

(二)铸造技术

一般来讲，镁合金锻件的性能岁碧昂型程度的增大而提高;而随着变形温度的升高，其力学性能逐渐降低。近年来变形镁合金得到了广泛的研究和应用，连续铸造技术为新型变形镁合金提供合格的铸坯。压铸是镁合金最主要、应用最广泛的成形工艺。因镁合金热流动性好，很适合于薄壁件的压铸生产。 镁合金锻件替代铝合金作为汽车轮毂是镁合金的另一重要应用，但这对其安全性及性能提出了很高的要求。从镁合金的性能上来看，完全可以满足方向盘的性能要求，而且采用一片式的压铸成型 工艺，为安全气囊，多功能开关在方向盘上实现提供了可靠保证。

(三)锻造技术

锻造技术是汽车工业的重要支撑工业之一，一直以来与汽车业的发展密切相关。近年来汽车业的迅猛发展带动了锻造市场的扩大。锻造工艺按方式可分为自由锻造和模锻，按锻造温度可分为热锻，温锻和冷锻，由于镁合金冷加工性能差，所以一般采用热锻。由此可见，锻造是高性能镁合金产品成形的有效方法之一。采用铸造技术生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其他镁合金铸造方法要高，复杂、耐高温、不易加工的铸件均可用熔模精密铸造。

结语

我国镁的蕴藏也十分丰富，菱镁矿资源占全球总量的22.15%，原镁产量已占全球产量的64%，是名副其实的镁金属生产大国。随着对镁合金需求的不断增加，市场认可度逐渐增强。因此，镁合金材料加工需从技术、人员、管理等方面进行全面的整合，才能不断扩大镁合金市场规模，实现镁合金加工工艺技术的不断提高。